MAKARA, SAINS, VOLUME 12, NO. 2, NOVEMBER 2008: 113-119
KOMPAKTIBILITAS KOMPOSIT ISOTROPIK Al/Al2O3 DENGAN VARIABEL WAKTU TAHAN SINTER Widyastuti1, Eddy S Siradj2, Dedi Priadi2, dan Anne Zulfia2 1. Departemen Metalurgi dan Material, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia, Depok 16424, Indonesia 2. Teknik Material dan Metalurgi, Fakultas Teknik Industri, ITS Surabaya, Surabaya 60111, Indonesia E-mail:
[email protected]
Abstrak Komponen yang mempersyaratkan kemampuan struktural, ringan dan kuat saat ini banyak dikembangkan berbasis komposit logam (MMCs) dengan matrik aluminium. Kemampuan struktural berhubungan dengan kompaktibilitas komposit yang ditentukan dari kualitas ikatan antarmuka matrik dan penguat. Metalurgi serbuk merupakan salah satu metode pembuat komposit berbasis serbuk yang diawali dengan proses pencampuran, kompaksi dan sintering. Perbedaan volume fraksi penguat dapat mempengaruhi efek penguatan demikian juga dengan proses sintering yang memicu terbentuknya fasa baru. Pada penelitian ini komposit isotropik Al/Al2O3 dibuat dari aluminiumsebagai matrik dan Al/Al2O3 sebaai penguat. Volume fraksi penguat yang digunakan adalah 10%, 20%, 30% dan 40%. Temperatur sintering 600oC dan gaya tekan kompaksi 15 kN. Pengujian yang dilakukan adalah uji tekan dan pengamatan metalografi. Hasil yang diperoleh adalah kompaktibilitas komposit Al/Al2O3 mencapai nilai optimun saat waktu tahan sintering 2 jam. Sepanjang proses sintering, fasa baru yang terbentuk adalah alumina tidak stabi. Fraksi volum penguat terbaik adalah 40% dan waktu tahan sintering optimum adalah 2 jaml
Abstract Compactibility of Al/Al2O3 Isotropic Composite with Variation of Holding Time Sintering. The requirement of component with structural ability, light weight and also strength is increasing base on Metal Matrix Composites (MMCs) by aluminum as matrix (AMCs). A structural ability is connected to composites compactibility which is depend on quality of interfacial bounding. Powder metallurgy is one of method to produce composite with powder mixing, compacting and sintering. Volume fractions reinforced and sintering time can influence composites compactibility. Volume fractions reinforced variable can produce different reinforcement effect. Beside that, on sintering enables the formation of new phase during sintering time. In this research, Al/Al2O3 isotropic composites are made with aluminum as matrix and alumina (Al2O3) as reinforced. Volume fraction reinforced used 10%. 20%. 30% and 40%. Sintering temperature and compaction pressure are each 600oC and 15 kN. The tests that applied are compression and metallographic test. The result that obtained is optimum compactibility of Al/Al2O3 composite reached at holding time 2 hour. During sintering, new phase can occur that is aluminum oxides (alumina), with unstable properties. The best volume fraction reinforced and holding time sintering are 40% and 2 hours. Key words: MMCs, compactibiliy, holding time sintering, powder metallurgy
MMCs salah satunya dengan metalurgi serbuk (Powder Metallurgi). Metalurgi serbuk dapat memproduksi MMCs dengan komposisi matriks dan reinforced yang bervariasi [1] dengan efisiensi bahan baku yang sangat tinggi. Sejak tahun 2001, industri metalurgi serbuk mengalami pertumbuhan yang signifikan sebesar 11% pertahun. Tahun 2002, Amerika utara membutuhkan 368.000 ton besi dalam komponen manufaktur metalurgi serbuk [2] Akan tetapi, penelitian dibidang
1. Pendahuluan Kebutuhan komponen dengan kemampuan struktural, ringan serta kuat mengalami peningkatan yang cukup signifikan. Hal ini telah mendorong perkembangan material baru komposit matrik logam (Metal Matrix Composites/MMCs), yaitu Aluminium Metal Matrix Composite (AMCs). AMCs adalah komposit yang matriksnya berupa logam aluminium. Pembuatan
113
114
MAKARA, SAINS, VOLUME 12, NO. 2, NOVEMBER 2008: 113-119
metalurgi serbuk di Indonesia relatif sangat kecil apabila dibandingkan dengan negara maju. Dikawasan Asia, misalnya Jepang, Cina, dan India, yang merupakan pioner pengembangan teknologi metalurgi serbuk untuk aplikasi komponen otomotif. Berbagai aplikasi AMCs dapat ditemukan dalam bidang automotiv sebagai berikut: cylinder liner, brake disc/drum, engine piston [3]. Aluminium sebagai matriks memiliki sifat ringan, konduktifitas termal dan elektrik tinggi dan ketahanan korosi tinggi. Alumina (Al2O3) adalah salah satu penguat (reinforced) dalam komposit, dengan sifat keras, tahan aus, ketahanan termal dan kekakuan yang tinggi. Apabila kedua material tersebut digabung menjadi satu, maka akan didapatkan komposit yang memiliki ketahanan korosi tinggi, ringan serta machinability yang baik [4].. Komposit Al/Al2O3 yang diproduksi dengan metalurgi serbuk memiliki kemampuan strukural yang dibutuhkan komponen otomotif. Kemampuan struktural ini berkaitan dengan kompaktibilitas komposit. Kompaktibilitas komposit merupakan kualitas ikatan antarmuka matrik dan penguat. Semakin tinggi kompaktibilitas komposit, semakin tinggi pula sifat mekaniknya. Fraksi volume penguat dan waktu sintering dapat mempengaruhi kompaktibilitas komposit. Komposit Al/Al2O3 merupakan komposit isotropik, dimana efek penguatannya kesegala arah. Dengan variabel fraksi volume penguat yang berbeda tentunya akan memberikan efek penguatan yang berbeda pula. Demikian halnya dengan waktu sintering, dimana pada sintering memungkinkan terjadinya fasa baru yang berpengaruh terhadap kompaktibilitas komposit. Penelitian ini membahas bagaimana pengaruh fraksi volume penguat dan waktu sintering terhadap kompaktibilitas komposit isotropik Al/Al2O3, yang dibuat dengan metode metalurgi serbuk. Selain itu mengetahui fraksi volume optimum penguat dan waktu sintering terbaik guna memperoleh sifat makanik yang tinggi. Penelitian ini dapat dijadikan acuan pembuatan komposit Al-Al2O3 dalam bidang otomotif dengan metode metalurgi serbuk misalnya pembuatan automotive breaking system, gears dan automotive pushrods, disc brake, planetary barier, chain sprockets dan untuk referensi untuk penelitian selanjutnya. Material komposit adalah material yang dibuat dengan kombinasi dua atau lebih material yang berbeda yang digabung atau dicampur secara makroskopik untuk membentuk material yang bermanfaat, dengan syarat terjadi ikatan antara kedua material tersebut [5].. Material pembentuk komposit ada dua yaitu, matriks dan penguat. Matriks meru-pakan bahan dasar yang berperan sebagai penyangga dan pengikat reinfoced. Matriks memiliki karakteristik lunak, ulet, berat persatuan volume yang rendah dengan modulus elastisitas yang rendah. Matriks harus memiliki
kemampuan mengikat dan atau memberikan ikatan antar muka (interface bonding) yang kuat antara matriks dan penguat-nya. Penguat berperan sebagai efek penguatan terhadap komposit. Penguat ini bersifat kurang ulet, tetapi rigid dan lebih kuat, karena modulus elastisitasnya lebih tinggi daripada matriks. Metal Matrix Composites/MMCs memiliki keuntungan dan kerugian. Keuntungannya adalah kondutifitas panas yang baik, penghantar listrik yang baik, tahan terhadap tegangan geser dan tahan terhadap temperatur tinggi sedangkan kerugiannya yaitu biaya mahal dan densitas yang tinggi. Komposit partikulat termasuk komposit isotropik karena partikel penguatnya tersebar merata pada matrik, sehingga distribusi penguatannya sama kesegala arah. Komposit partikulat pada umumnya keuletan (ductililty) dan ketangguhannya (failure thoughness) menurun dengan semakin tingginya fraksi volume penguatnya [6]. Komposit partikulat ketangguhan lebih rendah daripada komposit berserat panjang. Akan tetapi, komposit ini sering lebih unggul ketahanan aus (wear resistant). Metalurgi serbuk adalah metode yang terus dikembangkan dari proses manufaktur yang dapat mencapai bentuk komponen akhir dengan mencampurkan serbuk secara bersamaan dan dikompaksi dalam cetakan, dan selanjutnya disinter didalam dapur. Tahapan metalurgi serbuk meliputi pencampuran, penekanan dan sintering. Pencampuran adalah menggabungkan 2 bahan serbuk atau lebih agar lebih homogen. Penekanan adalah salah satu cara untuk memadatkan serbuk menjadi bentuk tertentu yang sesuai dengan cetakannya. Sintering merupakan teknik untuk memproduksi material dengan densitas yang terkontrol dan komponen logam dan atau serbuk keramik dengan aplikasi termal.Selain itu sintering dapat mendesain kontrol mikrostruktural yaitu kontrol ukuran butir (grain size), densitas pasca sintering (sinter density), ukuran dan distribusi fase lain termasuk pori (pores) [7] Sintering umumnya dilakukan pada temperatur konstan dengan waktu yang bervariasi untuk mendapatkan hasil tertentu, sehingga tahapan sintering dikaitkan dengan waktunya. Hal ini dilakukan secara kualitatif sebab peristiwanya terjadi lebih secara simultan dibanding secara berurutan [8]. Metode metalurgi serbuk memberikan kontrol yang teliti terhadap komposisi dan penggunaan campuran yang tidak dapat difabrikasi dengan proses lain [9]. Proses metalurgi serbuk merupakan bagian dari proses fabrikasi yang sangat efektif dari segi biaya (cost effective) dalam proses produksi sederhana, bagian yang komplek, dimensi tertutup ataupun dimensi akhir. Penelitian tentang komposit Al- Al2O3 telah diteliti sebelumnya [10] dengan variabel fraksi volume penguat yaitu Al2O3 sebesar 10, 20, 30, 40 dan 50%. Temperatur prasintering sebesar 120°C selama 10 menit dan sintering 450°C
115
MAKARA, SAINS, VOLUME 12, NO. 2, NOVEMBER 2008: 113-119
selama 15 menit. Tekanan kompaksi yang digunakan 6000 psi. Pengujian yang diberikan adalah pengujian bending. Hal itu disesuaikan dengan bentuk spesimen yaitu balok. Hasil penelitian yang diperoleh adalah semakin tinggi fraksi volum, dapat meningkatkan modulus elastisitas komposit. Nilai modulus elastisitas yang diperoleh berturut turut untuk fraksi volum 10, 20, 30, 40 dan 50% sebesar 11,46, 12,22, 13,79, 15,25, 17,753. (dalam MPsi). Semakin tinggi fraksi volume penguat, maka porositas yang terjadi semakin rendah. Riset perbandingan mikrostruktur dan karakteristik antarmuka (interface) komposit matrik Al dilakukan dengan penguat B4C, SiC, dan Al2O3 [11]. Penelitian ini mengunakan metode stir casting yang dilanjutkan dengan ekstrusi panas, dimana metode tersebut lebih efektif dilihat dari segi biaya. Fraksi volume penguat antara 0-20%. Pada daerah interfacial Al-B4C diketahui terbentuknya fase kedua yaitu Al3BC dan Al2O3 [12]. Komposit Al-B4C memiliki ikatan interfacial yang lebih kuat daripada komposit Al-SiC dan Al-Al2O3. Rapat masa/densitas komposit dapat dihitung dengan pesamaan berikut ini : ρc =ρf Vf + ρm Vm (1) Hubungan antara modulus elastisitas antara matrik dan penguat terhadap efek modulus elastisitas komposit [13] dinyatakan dengan persamaan berikut ini :
Tabel 1. Data Massa Matriks dan Penguat
Vf(%) 10 20 30 40
Mf(gr) 0.840 1.680 0.840 1.689
Mm(gr) 5.234 4.652 5.234 4.652
Serbuk Al2O3
Serbuk Al
Timbang fraksi volume Al2O3 10, 20, 30, 40% Pencampuran(wet Mixing) dengan etanol Pengeringan T : 80oC Kompaksi dingin 15, 20 ,25 KN, HT 15 Menit Presinter, 200oC & 400oC @20menit Sinter 600oC, Waktu Tahan : 2, 4, 6 Jam
Uji Tekan
Uji Metalografi SEM dan MO
Ec" = E f V f + EmVm (2) Analisa Data
1 V f Vm = + Ec⊥ Ec Em
(3)
2. Metode Penelitian Penelitian ini menggunakan Metode metalurgi serbuk dalam pembuatan komposit isotropik Al/Al2O3, dengan serbuk aluminium sebagai matriks dan alumina sebagai penguat. Bahan yang digunakan sebagai berikut serbuk Aluminium (Al) merk Merck dengan kemurnian diatas 90%, sebagai matriks (Densitas 2,7 gram/cm3, Modulus Elastisitas 70 GPa). Serbuk Aluminium Oxide / γalumina (Al2O3) merk Merck dengan ukuran partikel ≥0.063 mm, sebagai penguat (Densitas 3,89 gram/cm3, Modulus Elastisitas 350 GPa). Serbuk Zinc Strearat (ZnO), sebagai lubricant pada dies (Densitas 1,09 gram/cm3, Temperatur leleh 130OC). Larutan etanol (CH3COOH), sebagai pelarut saat pencampuran basah / wet mixing. Penentuan massa penguat (mf) dan matrik (mm) dengan mengunakan perbandingan fraksi volume penguat sebesar 10, 20, 30 dan 40% Al2O3 dan dengan persamaan berikut: mf = Vf. νf. ρf ; mm =Vmνmρm (4) Massa matriks dan penguat dapat dilihat pada Tabel 1.
Kesimpulan Gambar 1. Diagram alir penelitian
Perhitungan modulus elastisitas menggunakan persamaan berikut (5) E eks = σ /ε
eksperimen
Dimana Eexp =Modulus elastisitas komposit σ = Tegangan ε = Regangan Spesimen dibuat berbentuk silinder dengan dimensi tinggi 14 mm dan diameter 14 mm, sehingga didapatkan volume total komposit sebesar ≥2,1551 cm3. Kemudian pencampuran basah dengan menggunakan etanol sebagai pelarut polar dan magnetic stirer dilengkapi dengan hot plate. Selanjutnya campuran serbuk ini dikeringkan dalam furnace T 80 °C selama 30 menit guna menguapkan sisa larutan etanol. Campuran tersebut dimasukkan dalam cetakan silinder yang telah diolesi dengan pelumas zinc stearat.
MAKARA, SAINS, VOLUME 12, NO. 2, NOVEMBER 2008: 113-119
Proses penekanan (kompaksi) dilakukan pada temperatur kamar yaitu cold compactions. Tujuan penggunaan metode ini adalah untuk menghindari terbentuknya oksidasi pada aluminium. Tekanan yang digunakan sebesar 15 kN dan ditahan selama 15 menit agar distribusi tegangan merata. Proses sintering dilakukan dalam ruang vakum untuk menghindari terjadinya oksidasi. Temperatur presintering 200 dan 400°C dengan waktu penahanan masing-masing 20 menit. Sedangkan temperatur sintering sebesar 600°C dengan waktu sinter 2, 4 dan 6 Jam. Pengukuran densitas setelah sintering (Sintering Density) dilakukan dengan menggunakan prinsip archimedes, dimana volume benda yang dipindahkan sama dengan volume benda yang dimasukkan ke dalam fluida. Fluida yang digunakan adalah etanol. Pengujian spesimen meliputi pengujian metalografi dan pengujian tekan. Hal ini dikarenakan dimensi spesimen uji kecil sehingga tidak memungkinkan dilakukan pengujian tarik. Dari pengujian tekan dapat diketahui sifat mekanik komposit, dalam hal ini modulus elastisitas komposit.
butir yang terjadi maka eliminasi porositas semakin tinggi pula, sehingga densitas setelah sintering dapat meningkat. Green Density Vs Fraksi Volume Al2O3 2,32 2,3
Green Density(gr/cm3)
116
2,28 2,26 2,24 2,22 2,2
2Jam
2,18
4Jam
2,16
6Jam
2,14 2,12 0
10
20
30
40
50
Fraksi Volume Al2O3(%)
Gambar 2. Grafik Green Density terhadap Fraksi Volume Penguat
3. Hasil dan Pembahasan
Semakin meningkat waktu sintering, maka semakin tinggi pula sintered density yang diperoleh. Hal tersebut dikarenakan keberhasilan proses pertumbuhan butir (grain growth) dan penyusutan pori (shringkage) yang tergantung pada tahapan medium. Pertumbuhan butir ini sangat berpengaruh terhadap proses eliminasi (penghilangan) porositas. Porositas yang dimaksud adalah porositas terbuka. Semakin banyak pertumbuhan
Sinter Density Vs Fraksi Volume Al2O3 2,42 2,4 Sinter Density(gr/cm3)
Pengaruh Waktu Sintering Terhadap Densitas Komposit. Densitas bakalan (green density) naik seiring bertambahnya fraksi volume penguat. Green density terjadi karena adanya gaya adhesi- kohesi antar partikel. Gaya ini dipengaruhi oleh penguncian antar permukaan partikel (interlocking), gaya van der walls dan gaya elektostatik. Gaya tekan kompaksi sebesar 15 kN dengan asumsi bahwa dengan tekanan tersebut, partikel diharapkan dapat membentuk model ikatan bola-bidang). Hal ini dikarenakan pada model ikatan ini porositas yang terbentuk relatif semakin kecil [14] Pada proses penekanan, digunakan die wall lubricant yang berfungsi untuk mengurangi gesekan yang terjadi antara partikel dengan dinding cetakan. Semakin tinggi fraksi volume penguat yang digunakan, maka semakin tinggi pula sintered density yang diperoleh. Akan tetapi untuk fraksi volume penguat yang 30%, menunjukkan adanya penurunan sinter density. Hal ini dapat disebabkan distribusi penguat terhadap matriks tidak merata sebagaimana ditunjukkan Gambar 4 yaitu terjadinya pengumpulan partikel penguat dalam satu tempat, yang disebut dengan aglomerat. Aglomerat terjadi karena proses pencampuran basah (wet mixing) yang tidak merata, dimana partikel-partikel yang memiliki muatan yang sama cenderung untuk berkumpul menjadi satu.
2,38 2,36 2,34 2,32 2,3
2 Jam
2,28
4 Jam
2,26
6 Jam
2,24 2,22 0
10
20
30
40
50
Fraksi Volume Al2O3(%)
Gambar 3. Grafik Sinter density Vs Fraksi volume Al2O3
Gambar 4. Distribusi Penguat terhadap Matriks a. Vf 30% 2 Jam b. Vf 30% 4 Jam
MAKARA, SAINS, VOLUME 12, NO. 2, NOVEMBER 2008: 113-119
Pengaruh Waktu Sintering terhadap Porositas dan Penyusutan (Shrinkage). Pembuatan komposit dengan metode metalurgi serbuk dapat memungkinkan terjadinya porositas. Porositas adalah bagian yang tidak koheren dari sintering, berupa kekosogan berisi gas atau pelumas. Semakin tinggi waktu sintering maka semakin rendah porositas. Hal ini disebabkan degassing berhasil serta mekanisme transport massa berjalan baik. Selain itu, semakin tinggi fraksi volume penguat yang digunakan, maka porositas semakin tinggi pula.
117
Pengaruh Waktu Sintering Terhadap Pembentukan Fasa Baru. Waktu sintering yang berbeda dapat memberikan struktur mikro yang berbeda. Sepanjang proses sintering memungkinkan terjadinya ikatan antar matriks dan penguat serta timbulnya fasa baru.
Pada proses sintering akan terjadi proses penyusutan pori (shrinkage) yang tergantung pada tahapan medium/intermediate sintering. Semakin tinggi waktu sintering, semakin tinggi penyusutan pori (Shrinkage). Porositas terbuka dapat tereliminasi pada proses sintering, sehingga terjadi penyusutan porositas. Penyusutan (Shrinkage) diperoleh dari selisih perbedaan densitas antara sintering density dan green density (bakalan), karena sepanjang proses intering akan terjadi penghapusan porositas akibat reaksi antarmuka partikel serbuk.
Gambar 7. SEM Al/Al2O3 Vf 40% Waktu Tahan 2 Jam
Fraksi Porositas Vs Waktu Tahan Sintering
Fraksi Porositas(%)
35 30
10% 20%
25
30% 20
40%
15 0
2
4
6
8
Waktu Tahan sintering (Jam)
Gambar 5. Grafik Waktu Tahan sintering Vs Porositas
Gambar 8. EDAX Al/Al2O3 Vf 40% Waktu Tahan 2 Jam
Shrigkage Vs Waktu Tahan Sintering 18
Shrigkage(%)
16 14 12 10%
10
20%
8
30%
6
40%
4 0
2
4
6
8
Waktu Tahan Sintering(Jam)
Gambar 6. Grafik Shringkage Vs Waktu Tahan Sintering
Gambar 9. EDAX Al/Al2O3 Vf 40% Waktu Tahan 2 Jam
MAKARA, SAINS, VOLUME 12, NO. 2, NOVEMBER 2008: 113-119
Ikatan antara matrik dan penguat berhubungan dengan kompaktibilitas komposit, dimana semakin baik ikatan yang terjadi maka kompaktibilitas komposit semakin baik pula. Terjadinya fasa baru selama sintering memungkinkan perbedaan sifat mekanik yang dihasilkan. Pada Gambar 7 terlihat adanya fasa baru (nomor 1) yang muncul yaitu fasa alumunium oksida yang terjadi dari oksidasi aluminium. Aluminum oksida ini bersifat tidak stabil. Fasa ini terjadi sepanjang proses sintering. Selain unsur Al dan O yang terdeteksi oleh EDAX, terdapat unsur Si dan C. Kedua unsur tersebut merupakan impuritas (pengotor). Prosentase unsur ini sangat kecil dan terdapat pada permukaan spesimen komposit, sehingga dapat diasumsikan tidak akan mempengaruhi sifat mekanik yang dihasilkan. Pengaruh Waktu Sintering Terhadap Sifat Mekanik Komposit. Suatu bahan bisa dikatakan komposit apabila memiliki nilai modulus elastisitas diantara matrik dan penguatnya. Komposit isotropik Al/Al2O3 memiliki modulus elastisitas berada diantara aluminum dan alumina. Modulus elastisitas aluminium adalah 70 GPa dan alumina adalah 350 GPa. Modulus elastisitas menyatakan nilai kekakuan (stiffness) suatu bahan. Kekakuan adalah kemampuan suatu bahan untuk menerima tegangan/ beban tanpa mengakibatkan terjadinya perubahan bentuk deformasi. Komposit biasanya diaplikasikan dalam komponen struktural, misal gears, brake. Hal ini dikarenakan komponen struktural harus tahan terhadap deformasi dan harus kaku (stiff). Semakin tinggi modulus elastisitas komposit, maka komposit tersebut semakin kaku. Pada fraksi volume 40% dengan waktu sinter 2 jam memiliki modulus elastisitas tertinggi yaitu sebesar 173,26 GPa. Komposit berhubungan erat dengan kualitas ikatan antara matriks dan penguat. Dengan mengetahui nilai modulus elastisitas komposit, dapat diketahui pula kualitas ikatan antara matrik dan penguatnya. Kualitas ikatan antara matrik dan penguat disebut dengan kompaktibilitas. Kualitas ikatan antara matriks dan penguat dapat diketahui dengan cara kualitatif dan kuantitatif. Kualitattif dengan pengamatan SEM dan EDAX. Sedangkan kuantitatif dengan nilai modulus elastisitas yang didapatkan dari pengujian mekanik. Semakin tinggi modulus elastisitas komposit, maka dapat dikatakan pula kompaktibilitasnya semakin tinggi. Pada Gambar 10. untuk fraksi volume 10% dan 20% dengan waktu tahan 2 dan 4 jam terjadi peningkatan modulus elastisitas. Hal tersebut dapat dikarenakan adanya distribusi penguat yang merata terhadap matrik. Akan tetapi, pada fraksi volume 30% mengalami penurunan nilai modulus elastisitas, yang disebabkan oleh trapping gas. Trapping a gas atau sisa lubricant yang terjebak didalam partikel, yang tidak dapat keluar ketika proses degassing. Pada waktu sintering, trapping gas ini terdorong keluar sehingga menyebabkan retak (cracking). Cracking dapat
Modulus Elastisitas Vs Waktu Tahan Sintering 300 Modulus Elastisitas (GPa)
118
240 180 10%
120
20% 30%
60
40% 0 0
2
4
6
8
Wak tu Tahan Sinte ring (Jam )
Gambar 10. Hubungan Waktu Tahan Sintering Terhadap Modulus Elastisitas Komposit Al/Al203
menurunkan modulus elastisitas komposit, karena tegangan luar tidak dapat terdistribusi merata. Untuk waktu sinter yang 6 jam, menunjukkan semakin tinggi fraksi volume penguat, maka semakin rendah modulus elastisitas komposit. Hal ini disebabkan karena matriks aluminium sudah mencapai titik leleh sehingga penguatan komposit dikontribusi oleh fasa semi solid aluminium dan komposit bersifat lebih ulet. Selain itu, kepadatan komposit setelah dikompaksi yang tidak homogen pada setiap bagian dapat menurunkan modulus elastisitas komposit dan menimbulkan retakan (cracking) ketika spesimen disintering. Retakan ini terjadi dikarenakan distribusi panas dapat terjadi dengan merata pada seluruh bagian.
4. Kesimpulan Kesimpulan yang dapat diperoleh dari hasil penelitian adalah sebagai berikut: 1) Semakin tinggi fraksi volume penguat, maka kompaktibilitas komposit semakin tinggi. Kompaktibilitas komposit berkaitan dengan modulus elastisitas; 2) Semakin lama waktu sintering, maka semakin tinggi sintered density yang dihasilkan. Porositas yang terdapat dalam komposit akan semakin rendah. Akan tetapi untuk HT 6 jam cenderung kearah cracking karena kepadatan setelah kompaksi yang tidak merata pada setiap bagian. Cracking dapat menurunkan modulus elastisitas. Semakin tinggi modulus elastisitas komposit, maka semakin baik kompaktibilitasnya; 3) Waktu sintering komposit isotropik Al/Al2O3 terbaik didapatkan selama 2 jam pada fraksi volume penguat 40% dengan modulus elastisitas sebesar 173,26 GPa. Hal ini dikarenakan adanya distribusi penguat Al2O3 yang merata terhadap matrik Al.
MAKARA, SAINS, VOLUME 12, NO. 2, NOVEMBER 2008: 113-119
Daftar Acuan [1] J.B. Fogagnolo, F. Velasco, M.H.Robert., J.M. Torralbam, Aluminium Matrix Composites Reinforced with Si3N4, AIN and ZrB2, Produced by conventional powder Metallurgy and Mechanical Alloying, Avenide de la Universid, 2004, 30-28911. [2] Goto, Ryuichiro, Powder Metallurgy Growth in The Automotive Market. American Powder Metals Industries International, 2003. [3] C. Schumacher, SAE Technology, paper No.892495, 1991. [4] L. Froyen, B. Verlinden, Aluminium Matrix Composites Materials. Talat 1402. Belgium. European Aluminium Associations (EAA), 1994. [5] Gibson, F. Ronald. Principles of Composite Material Mechanics. McGraw-Hill , Singapore, 1994. [6] L. Froyen, B. Verlinden, Aluminium Powder Metallurgy. Talat 1401. Belgium, European Aluminium Associations (EAA), 1994.
119
[7] Kang, Suk-Joong, Sintering : Densifikasi, Grain Growth and Microstructures, Elseviere – Butterworth, Heinemenn, 2005. [8] S. Joel Hirschhorn., Introduction to Powder Metallurgy. American Powder Metallurgy Institute, New Jersey, 1976. [9] D. Chandrawan, A. Myrna, Metalurgi Serbuk: Teori dan Aplikasi, Jilid 1, Jakarta. [10] M. Arifin, Tugas Akhir, Fisika FMIPA ITS, Surabaya, 2002. [11] J.B. Celis, Froyen, K.M. Shorowardi, T. Loui, A.S.M.A. Haseelo, Journals of Materials Processing and Technology (2003) 142-738-743. [12] Widyastuti, Tugas Akhir, Fisika ITS, Surabaya, 2002. [13] Widyastuti, Pengaruh pelapisan HNO3 terhadap sifat Mekanik Komposit Lamina Isotropik Al/Al2O3-Al/SiC, Laporan penelitian HB, 2006. [14] K. Chawla, Composite Material: Science and Engineering. London Paris Tokyo: pringer-Verlag New York Berlin Heidelberg, 1987.
